网格生成技术是计算流体力学( CFD)的重要组成部分，也是CFD走向工程应用的瓶颈技术。本书对CFD阿格生成技术进行了比较系统全面的介绍，内容包括：各种数值计算方法对网格的需求，静动态结构网格、非结构网格和混合网格生成技术，网格自适应技术和优化技术，多重网格计算所需肋多级粗网格生成技术，并行网格生成及网格分区技术，复杂外形的描述与表面网格生成等，附录还简要介绍了几款常用的商业网格生成软件。鉴于作者的研究领域有限，本书重点介绍了非结构、混合网格生成技术；为了本书的完整性，对结构网格也进行了简要的介绍。本书的内容主要源于作者的研究工作，少部分内容取材于参考文献和同事的论文或报告。
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序
前言
第1章 绪论 1
1.1 计算流体力学的重要作用 1
1.2 网格生成技术的发展历程 3
1.3 计算流体力学对计算网格的基本要求 9
1.3.1 网格光滑性要求 10
1.3.2 网格正交性要求 11
1.3.3 网格分布要求 12
1.4 网格生成技术国内研究与应用现状 14
参考文献 15
第2章 流动控制方程及计算流体力学计算方法概述 19
2.1 引言 19
2.2 流动控制方程 20
2.2.1 直角坐标下微分形式的雷诺平均Navier-Stokes方程 20
2.2.2 贴体曲线坐标下微分形式的雷诺平均Navier-Stokes方程 21
2.2.3 直角坐标下积分形式的雷诺平均Navier-Stokes方程 23
2.2.4 直角坐标系下运动网格积分形式的雷诺平均Navier-Stokes方程 23
2.3 有限差分方法 23
2.3.1 计算格式的构造原则 26
2.3.2 二阶NND差分格式 27
2.4 有限体积方法 28
2.4.1 二阶精度NND有限体积格式 29
2.4.2 k-exact高阶精度重构方法 34
2.4.3 ENO和WENO高阶精度重构方法 37
2.5 有限元方法 38
2.5.1 间断Galerkin有限元方法 39
2.5.2 基函数的选取 41
2.5.3 黏性项的离散 44
2.6 其他方法 45
2.6.1 有限谱体积方法 46
2.6.2 有限谱差分方法 47
2.6.3 间断Galerkin有限元/有限体积混合方法 49
2.7 小结 53
参考文献 54
第3章 结构网格生成方法概述 64
3.1 引言 64
3.2 代数网格生成方法 65
3.3 保角变换网格生成方法 65
3.4 求解微分方程的网格生成方法 66
3.5 复杂外形结构网格生成方法 66
3.6 小结 68
参考文献 68
第4章 结构网格代数生成方法 71
4.1 引言 71
4.2 变换与网格剖分 71
4.3 超限插值方法 72
4.3.1 Boolean积形式 73
4.3.2 递归形式 74
4.4 超限插值方法的实际应用 74
4.4.1 线性插值 74
4.4.2 Lagrange插值 75
4.4.3 Hermite插值 76
4.5 网格步长控制 78
4.5.1 指数函数 79
4.5.2 双指数函数 79
4.5.3 双曲正切和双曲正弦函数 80
4.6 小结 80
参考文献 81
第5章 复杂外形结构网格生成方法及应用 82
5.1 引言 82
5.2 多块对接和拼接结构网格 82
5.2.1 HyperCube++结构 83
5.2.2 HyperCube++结构生成 86
5.2.3 HyperCube++结构合并 87
5.2.4 多块对接和拼接结构网格应用实例 88
5.3 重叠结构网格 93
5.3.1 子域的划分和网格重叠拓扑结构 93
5.3.2 “洞”边界的生成 95
5.3.3 重叠结构网格应用实例 97
5.4 小结 99
参考文献 100
第6章 非结构网格生成方法概述 103
6.1 引言 103
6.2 三种基本的非结构网格生成方法 103
6.2.1 阵面推进法 103
6.2.2 Delaunay三角化方法 104
6.2.3 基于四叉树/八叉树的网格生成方法 105
6.3 非结构网格技术常用数据结构及搜索算法 106
6.3.1 线性链表 107
6.3.2 二叉树 108
6.3.3 ADT结构 111
6.3.4 四叉树/八叉树 113
6.4 小结 115
参考文献 115
第7章 非结构网格生成之阵面推进法 117
7.1 引言 117
7.2 网格分布控制——背景网格法 117
7.3 阵面推进法 ll9
7.4 相交性判断 l20
7.5 提高网格生成效率和可靠性的方法 l22
7.5.1 两个三角形相交预判 l22
7.5.2 邻近点和邻近阵元的筛选 l22
7.5.3 提高推进效率的其他方法 123
7.5.4 提高阵面推进可靠性的策略 124
7.6 各向异性非结构网格生成 125
7.7 阵面推进法非结构网格生成实例 126
7.8 小结 131
参考文献 132
第8章 非结构网格生成之Delaunay方法 134
8.1 引言 134
8.2 Voronoi图和Delaunay三角化 134
8.3 Bowyer-Waston方法 135
8.4 边界完整性保持及边/面交换 139
8.5 约束Delaunay方法 141
8.6 自动插入网格节点方法及控制 l42
8.7 Delaunay方法非结构网格生成实例 l42
8.8 小结 145
参考文献 145
第9章 四叉树/八叉树及Cartesian网格生成方法 147
9.1 引言 147
9.2 Cartesian网格生成方法 148
9.2.1 总体框架 148
9.2.2 模型表面网格数据输入与ADT数据结构的建立 150
9.2.3 初始网格的划分和单元连接关系的建立 150
9.2.4 初始网格细分及光滑 150
9.2.5 与模型相交单元和内部单元的判断 152
9.2.6 投影算法及模型特征恢复技术 153
9.3 基于四叉树/八叉树的非结构网格生成方法 156
9.4 黏性流计算网格生成问题 158
9.5 Cartesian网格生成实例 158
9.6 小结 161
参考文献 161
第10章 混合网格生成方法 164
10.1 引言 l64
10.2 混合网格生成方法概述 l65
10.3 层推进方法 166
10.3.1 几何层推进 166
10.3.2 求解双曲型方程方法 168
10.4 基于各向异性四面体网格聚合的三棱柱网格生成方法 171
10.4.1 聚合四面体单元 172
10.4.2 聚合面 173
10.5 非结构四边形/六面体网格生成方法 174
10.6 混合网格生成实例 175
10.6.1 二维混合网格生成实例 175
10.6.2 三维无黏流计算混合网格生成实例 177
10.6.3 三维简化外形黏性流计算混合网格 181
10.6.4 高升力装置高Re数湍流模拟混合网格 182
10.6.5 F6-WB翼身组合体构型黏性流计算混合网格 182
10.6.6 F6-WBNP构型混合网格 185
10.6.7 战斗机外形混合网格 l87
10.6.8 人体混合网格生成 l89
10.7 小结 191
参考文献 191
第11章 网格自适应方法 193
11.1 引言 193
11.2 非结构/混合网格h-type自适应方法 194
11.2.1 网格自适应的基本流程 194
11.2.2 自适应判据 195
11.2.3 自适应网格剖分和合并方法 196
11.2.4 自适应网格的优化 200
11.3 网格自适应实例 200
11.3.1 低速圆柱绕流网格自适应 201
11.3.2 NACA0012翼型高速无黏流动网格自适应 202
11.3.3 三维超声速圆柱绕流网格自适应 203
11.3.4 ONERA-M6机翼跨声速绕流网格自适应 204
11.3.5 双椭球高超声速绕流网格自适应 206
11.3.6 三角翼大攻角DES模拟网格自适应 208
11.4 动态网格自适应 214
11.5 小结 215
参考文献 215
第12章 网格优化技术 219
12.1 引言 219
12.2 网格生成基本规范建议 219
12.3 网格质量判据 221
12.3.1 结构网格质量判据 221
12.3.2 非结构网格质量判据 224
12.4 非结构/混合网格优化技术 225
12.4.1 弹簧松弛法 225
12.4.2 Delaunay变换技术 226
12.4.3 多方向推进技术 227
12.4.4 局部推进步长光滑 229
12.5 小结 230
参考文献 230
第13章 动态网格技术 233
13.1 引言 233
13.2 动态结构网格生成技术 233
13.2.1 刚性运动网格技术 234
13.2.2 超限插值动网格生成技术 234
13.2.3 重叠结构动网格技术 236
13.2.4 滑移结构动网格技术 236
13.3 动态非结构/混合网格生成方法 237
13.3.1 重叠非结构动网格技术 238
13.3.2 重构非结构动网格技术 239
13.3.3 变形非结构动网格技术 240
13.3.4 变形/重构混合网格生成技术 246
13.4 动态混合网格非定常计算应用实例 253
13.4.1 鱼体巡游数值模拟 254
13.4.2 鸟类扑翼数值模拟 256
13.4.3 机翼/外挂物分离数值模拟 258
13.4.4 复杂多体分离应用 260
13.5 小结 260
参考文献 261
第14章 并行计算网格分区及并行网格生成技术 265
14.1 引言 265
14.2 多块结构网格并行计算 266
14.2.1 子区域间网格关联信息的数据结构 266
14.2.2 负载平衡算法 266
14.2.3 并行通信机制 268
14.3 非结构/混合网格并行生成 272
14.4 非结构/混合网格并行计算 272
14.4.1 几何分区法 272
14.4.2 贪婪算法 273
14.4.3 多级分区算法 274
14.4.4 网格分区实例 275
14.5 小结 277
参考文献 278
第15章 多重网格方法 280
15.1 引言 280
15.2 多重网格计算方法简介 282
15.3 多重网格循环方式 284
15.4 数值传递方式 285
15.4.1 限制算子 285
15.4.2 插值算子 286
15.5 多重网格生成方法 286
15.51 聚合法基本思想 287
15.5.2 单元性质判断 288
15.5.3 聚合物面网格 288
15.5.4 “阵面推进”聚合黏性层网格 290
15.5.5 聚合无黏区域网格 290
15.6 并行/多重网格耦合方法 292
15.7 多重网格方法的应用实例 292
15.8 小结 300
参考文献 300
第16章 外形定义与物面网格生成 302
16.1 引言 302
16.2 物面网格生成基本流程 302
16.3 物面曲面片的定义 303
16.4 曲面片变换 304
16.4.1 平面变换 304
16.4.2 三角形等参抛物面 304
16.4.3 四边形等参Serendipity曲面片 305
16.4.4 三角形Barnhill-Gregory-Nielson曲面片 306
16.4.5 四边形双线性Coon's曲面片 306
16.4.6 单位平面的保形变换 307
16.5 物面非结构网格生成实例 307
16.6 各向异性三角形和三角形/四边形混合物面网格生成 309
16.7 小结 312
参考文献 313
第17章 总结与展望 314
17.1 网格生成技术未来发展趋势 314
17.2 网格生成技术中的关键问题 315
17.2.1 网格生成新方法 315
17.2.2 自动化网格生成技术 315
17.2.3 并行化网格生成技术 316
17.2.4 网格技术与计算流体力学解算器的耦合 317
17.3 网格生成技术未来展望 318
附录 网格生成软件简介 319
A.1 引言 319
A.2 Pointwise 320
A.3 GridPro 322
A.4 ICEM-CFD 324
A.5 小结 326
彩图
京公网安备 11010102004214号